Biossorção

A crescente conscientização ambiental leva a busca de novas tecnologias para o tratamento de efluentes. Dentre essas tecnologias, é dada grande atenção à técnica de biossorção, devido ao possível potencial de interação entre poluentes orgânicos e materiais biológicos (AHALYA et al., 2003).

Segundo PIMENTEL (2011) a biossorção é capacidade da biomassa em adsorver poluentes em sua superfície através de grupos funcionais carboxílicos e fenólicos, que em pH neutro tornam-se desprotonados, onde a carga negativa é capaz de remover os cátions em solução por meio de processos como complexação, troca-iônica e adsorção.

AKSU (2005) descreve a biossorção como o termo utilizado para indicar uma série de processos metabólicos independentes (adsorção física ou química, interações eletrostática, troca iônica, complexação e outros) que ocorrem essencialmente na parede celular.

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De acordo com VOLESKY (2001), biossorção é definida como uma técnica que utiliza biomassa vegetal ou microbiana, na retenção, remoção ou recuperação de contaminantes tóxicos de um ambiente líquido.

A sorção de poluentes pode ocorrer, eficientemente, por organismos vivos, mortos e até seus detritos. Sendo assim, a biossorção pode ocorrer em seres vivos ou mortos, enquanto que a bioacumulação apenas pode ocorrer em organismos vivos (ARAKAKI, 2010).

VIEIRA e VOLESKY (2010) afirmam que os materiais biológicos capazes de realizar essa sorção de contaminantes compreendem os micro-organismos (bactérias, microalgas e fungos), vegetais macroscópicos (algas, gramíneas plantas aquáticas) e partes ou tecidos específicos de certos vegetais (casca de cereais, bagaço de frutas, sementes). O interesse na biossorção está na utilização desses materiais na descontaminação de efluentes líquidos a fim de garantir um baixo custo do processo (PITOL, 2011).

Na biossorção, a captura dos íons metálicos pela biomassa é um processo passivo que se dá por interações físico-químicas entre os íons e os grupos funcionais presentes na superfície da biomassa. O processo baseia-se em diferentes mecanismos que não são afetados pelo metabolismo da biomassa. É um processo relativamente rápido, podendo ser reversível, e por isso mostra-se adequado para a remoção de íons metálicos (PINO, 2005).

Na Tabela 4estão descritos os diferentes grupos funcionais presentes na camada superficial das biomassas, responsáveis pela captação de contaminantes nas soluções.

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Tabela 4: Principais grupos funcionais presentes na superfície das biomassas. Grupo Químico Formula Estrutural pKa Átomo ligante Localização Hidroxila 9,5 – 13 O Polissacarídeos, Ácidos urônicos, Aminoácidos. Carbonila O Peptídeos

Carboxila 1,4 – 4,7 O Ácido urônico,

Aminoácidos.

Amina 8 – 11 N Quitosana,

Aminoácidos

Amida N Aminoácidos

Fonte: BUENO, 2007.

BATISTA (2014) utilizou a casca de tangerina como adsorvente, apresentando grande potencialidade para remoção de Pb (II), Cr (III) em efluentes, exibindo boas perspectivas para ser utilizado em processo alternativo de tratamento de rejeito para remoção de metais tóxicos. O valor de qmáx obtido para Pb(II) e Cr(III) foi de 17,24 e

5,77 mg/g respectivamente.

TARLEY e ARRUDA (2004) observaram que a casca do arroz possui uma melhor eficiência na remoção do Cd e Pb. Observou-se que o pH ótimo de remoção foi 4, com uma retenção de 4,23 mg/g para Pb e de 1,42 mg/g para Cd. A maior capacidade de adsorção do chumbo em relação ao cádmio foi devida à diferença de eletronegatividade entre estes metais.

De acordo com BASCI et al., (2004) a casca de trigo foi considerada uma biomassa eficiente na biossorção de cobre, por possuir um baixo custo e principalmente por ser um resíduo de fácil obtenção. O tamanho de suas partículas eram aproximadamente de 5 mm, e o valor do pH ótimo foi de 5, com qmáx de 8,34mg/g.

AHLUWALIA e GOYAL (2005) utilizaram os resíduos das folhas de chá para a remoção de chumbo, ferro, zinco e níquel em água. A partir de 20 mg/L de solução

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metálica por biomassa de folhas de chá seca, as capacidades máximas de adsorção foram 2,096 mg/g Pb; 79,526 mg/g Fe; 785,549 mg/g Zn e 515,037 mg/g Ni.

AMARASINGHE e WILLIAMS (2007) estudaram a adsorção dos íons cobre e chumbo em resíduos de chá. Observaram que a capacidade de adsorção foi maior na faixa de pH 5- 6, e a captação do metal foi de 48 e 65 mg/g de Cobre e chumbo respectivamente.

As casca de laranja para remoção de Ni (II) em águas residuais de indústrias de galvanoplastia foram estudadas por AJMAL et al., (2000). Verificou-se que a remoção de Ni (II) é dependente da concentração inicial do metal, o pH e da temperatura. A capacidade máxima de adsorção foi de 80 mg/g à 30 ºC com pH 6.

A biomassa proveniente do Pinus sylvestris para remoção de Cr (VI) de soluções aquosas foi utilizada por UCUN et al., (2002). As condições ótimas de adsorção foram no tempo de 2 h, pH 10 e concentração inicial de 150 mg/L. Assim nessas condições, a capacidade máxima de adsorção foi de 122,2 mg/g obtendo 81,47% de eficiência na remoção.

KADIRVELU e NAMASIVAYAM (2003) empregaram carvão oriundo de fibras de coco para adsorção de cádmio em solução aquosas. Em condições de pH 5,0 e temperatura de 30ºC, a capacidade de adsorção 93,4 mg/g.

A remoção de Fe (II) em soluções aquosas com uso de fibras de celulose foram analisadas por SHUKLA, et al. (2006). A capacidade máxima de remoção foi de 2,84 mg/g com o uso de 20 g/L de adsorvente.

MEMON et al., (2008, 2009) testaram a casca de banana como adsorvente para remoção de Cd (II) e Cr (II). Os parâmetros pH, tempo de contato, concentração inicial de íons do metal e temperatura foram investigadas e as condições resultaram em uma

adsorção rápida e eficiente (95%, tempo de 10 min). A capacidade de adsorção para o

cádmio foi de 35,52 mg/g, e para o cromo a capacidade de adsorção foi de 131,56 mg/g. Resíduos de cenoura foram analisados por NASERNEJAD et al., (2005) para adsorção de Cr (III), Cu (II) e Zn (II). A capacidade máxima de adsorção para o Cr (III) foi de 45,09 mg/g, para o Cu (II) foi de 32,74 mg/g e para Zn (II) foi de 29,61 mg/g.

GÖKSUNGUR et al., (2003) utilizaram resíduos da levedura (Saccharomyces cerevisiae) como biossorvente de Cu (II). As células da levedura foram tradadas com hidróxido de sódio, etanol e calor a fim de aumentar sua capacidade de biossorção. Entre esses métodos de tratamento, o que obteve maior captação de Cu (II) foi no tratamento com hidróxido de sódio com capacidade de adsorção de 21,1 mg/g.

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AMORIN e colaboradores (2016) avaliaram o pequi na adsorção de Pb (II) em soluções aquosas. A capacidade máxima de adsorção encontrada foi de 35,52 mg/g.

ALFREDO et al., (2015) avaliaram a adsorção do azul de metileno em casca de batata utilizando sistemas em batelada e coluna de leito fixo. A capacidade máxima de corante removido foi de 48,7mg/g para processo em batelada e 35,8 mg/g para processo de leito fixo. O modelo de Langmuir se ajustou melhor aos dados experimentais.

TAN et al., (2007) estudaram o carvão ativado da fibra da palma como adsorvente de azul de metileno e observaram que os dados se ajustaram melhor com o modelo de Langmuir com capacidade máxima de adsorção 277,78 mg/g.

FERRERO (2007) comparou a eficiência da adsorção entre varias espécies de serragem da madeira e o mesocarpo de avelã para o corante azul de metileno e azul ácido. Os dados de equilíbrio foram processados de acordo com Langmuir e o valor da capacidade máxima de adsorção para ambos os corantes foi maior para o mesocarpo de avelã com 76,9 mg/g para o azul de metileno e 60,2 mg/g para o corante ácido.

NAMASIVAYAM et al., (2001) avaliaram a adsorção do corante violeta ácido e azul brilhante ácido em fibra de coco. A capacidade máxima de adsorção foi de 1,65 e 16,67 mg/g respectivamente.

LEAL et al., (2011) estudaram a adsorção do corante azul de metileno no mineral caulinita rosa. Os dados se ajustaram melhor ao modelo de Langmuir com capacidade de adsorção de 14,286 mg/g.

PINTO (2010) estudou a adsorção do corante violeta brilhante 5R remazol por serragem de madeira modificada com anídrico succínico. O modelo de Freundlich obteve melhor coeficiente de determinação, e a capacidade máxima de acordo com o modelo de Langmuir foi de 50 mg/g.

Na Tabela 5 é feita uma comparação entre diversos adsorventes de baixo custo derivados de diferentes resíduos agrícolas para remoção de vários tipos de metais pesado.

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Tabela 5: Capacidade de adsorção de diferentes resíduos agrícolas como adsorventes para a remoção de metais tóxicos e corantes sintéticos em solução aquosa.

Adsorvente Adsorvato Capacidade de Adsorção

Referência

Cana de açúcar Pb (II) 1,75 mg/g Costa e Yamaura (2007)

Casca de arroz Cd (II) e Pb (II) 1,42 e 4,23 mg/g Tarley e Arruda (2004)

Casca de trigo Cu (II) 10,84 mg/g Basci et al., (2004)

Farelo de trigo Cd (II) 12,5 mg/g Singh et al., (2006)

Folhas de chá Cu (II) e Pb (II) 48 e 65 mg/g Amarasinghe e Williams (2007)

Café Cu (II) 2,0 mg/g Minamisawa et al.,

(2005)

Pinus sylvestris Cr (VI) 122,2 mg/g Ucun et al., (2002)

Fibras de coco Cd (II) 93,4 mg/g Kadirvelu e

Namasivayam (2003)

Fibras de celulose Fe (II) 2,84 mg/g Shukla et al., (2006) Casca de banana Casca de batata Carvão ativado Pseudocaule da bananeira Casca de mandioca Cd (II) e Cr (II) Corante azul de metileno Corante azul de metileno Corante Azul de remazol Corante violeta remazol 35,52 e 131,56 mg/g 48,7 mg/g 277,78 mg/g 113,23 mg/g 30,86 mg/g Memon et al., (2008, 2009) Alfredo et al., (2015) Tan et al., (2007) Silva et al., (2010) Neto et al., (2013)

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